DE102012002330A1

DE102012002330A1 - Energiespeicher in Form eines Verdrängungsspeichers

Info

Publication number: DE102012002330A1
Application number: DE201210002330
Authority: DE
Inventors: Anmelder Gleich
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2012-02-07
Filing date: 2012-02-07
Publication date: 2013-08-08
Anticipated expiration: 2032-02-08
Also published as: DE102012002330B4

Abstract

Für die Zwischenspeicherung von Energie aus Windenergie- und Solaranlagen sind Energiespeicher bekannt, die überwiegend als Druckluft- oder Pump-Speicher arbeiten. Aufgrund ihres hohen Raum- und Flächenbedarfs sind ihre Einsatzbereiche sehr beschränkt. Zudem ist die Effizienz beider Speicherarten gering. Ursachen hierfür sind die schnellen Arbeitsdruck-Abnahmen bei Druckluft-Speichern sowie die hohen Druckverluste in den Rohren bei Pump-Speichern. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Einsatzbereiche für Energiespeicher durch eine neue Speicherform mit einfachem Aufbau zu erweitern, die effektiver und kostengünstiger als bekannte Energiespeicher ist und sich besonders gut für den Einbau in vorhandene Zechenschächte oder in seebetriebene Windenergieanlagen eignet. Erreicht wird dies durch einen Verdrängungsspeicher, der nach dem Prinzip kommunizierender Röhren arbeitet und dabei sowohl die Energie der Druckluft als auch das höhere Energiepotenzial des Wassers nutzt. Zudem nimmt bei ihm der Arbeitsdruck der Druckluft weniger schnell ab, da der Raum für die Druckluft sich durch nachströmendes Wasser stetig verkleinert. Durch den geringen Raum- und Platzbedarf dieser Verdrängungsspeicher und ihren einfachen Aufbau lassen sich vermehrt neue, sehr kostengünstige Einsatzbereiche erschließen, unter anderem in vorhandenen Tavernen und Zechenschächten, in Schwimmkörpern seebetriebener Windenergieanlagen oder in Hochbauten.

Description

Die Erfindung betrifft einen Energiespeicher in Form eines Verdrängungsspeichers mit hoher Effizienz, der universell eingesetzt werden kann. Aufgrund seiner einfachen Struktur und geringen Maße eignet er sich besonders für einen Einbau in vorhandene Tavernen oder Zechen-Schächte, in seebetriebene Windenergieanlagen oder in Hochbauten.
Bei Energiespeichern ist es erforderlich, elektrische Energie von Windenergie- oder Solar-Anlagen in andere Energieformen zu wandeln, diese zwischenzulagern und später wieder in elektrische Energie umzuwandeln. Hierfür werden große, leistungsstarke Energiespeicher benötigt. Um die Baukosten dieser Speicher zu senken, ist es vorteilhaft, bereits vorhandene Speicherräume zu nutzen.
Zur Erfüllung einiger Erfordernisse sind Energiespeicher in Form von Druckluft- und Pump-Speichern bekannt. Aufgrund ihres hohen Raum- und Flächenbedarfs sind ihre Einsatzbereiche sehr eingeschränkt. Zudem ist die Effizienz beider Speicherarten gering. Bei der Rückwandlung der Druckluft mittels Luftturbinen in elektrische Energie nimmt der Luftdruck in Druckluft-Speichern schnell ab. Da Luftturbinen hohe Arbeitsdrücke benötigen, bleibt ein Teil der Energie ungenutzt. Bei Pump-Speichern, bei denen Wasser aus einem Becken in ein höher liegendes Becken gepumpt wird und durch diese wieder zu den Arbeitsturbinen zurückfließt, verringern Druckverluste in den Rohren die Effizienz. Durch einem Untertage-Einsatz in Zechen lassen sich die hohen Kosten heute bekannter Pump-Speicher nur wenig reduzieren, da zum Auffangen des Turbinenwassers Untertage große Hohlräume aufwändig geschaffen werden müssen. Hinzu kommt, dass bei diesen für den Untertage-Einsatz geplanten Pump-Speichern das durch Turbinen aufgewirbelte Wasser wieder in die oberirdischen Becken gepumpt werden muss. Dieses aufgrund von Verwirbelung mit Sedimenten durchsetzte Grubenwasser führt zu Schäden an Pumpen und Leitungen. Vorgeschaltete Filter bringen wenig, da sie sehr schnell verschmutzen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Einsatzbereiche für Energiespeicher durch einen Speicher in Form eines Verdrängungsspeichers zu erweitern, der wenig anfällig ist und besonders effektiv arbeitet, da er zugleich die Energie aus komprimierter Luft und Wasser nutzt und zudem kostengünstiger als bekannte Energiespeicher ist und sich aufgrund seines einfachen Aufbaus und geringen Platzbedarfs besonders für den Einbau in bereits vorhandene Kavernen, Zechenschächte oder in Schwimmkörper seebetriebener Windenergieanlagen eignet. Auch der Einbau in Hochbauten ist sinnvoll.
Diese Aufgabe wird erfindungsmäßig dadurch gelöst, dass der Energiespeicher nach dem Prinzip kommunizierender Röhren arbeitet, in der Form, dass er die Energie aus Druckluft und Wasser nutzt und aus einer Wasser führenden, nach oben hin offenen, auch bereits vorhandenen Speichereinheit, und einer Wasser führenden, nach oben hin geschlossenen Speichereinheit mit einem im Kopfbereich befindlichen Verdichter mit Ventil sowie einem Rohrstutzen mit Mantelventil und einer darin eingelassenen Luftturbine mit Generator sowie einem im Bodenbereich befindlichen Rohrstutzen mit Mantelventil, der beide Speichereinheiten miteinander verbindet und einer darin eingelassenen Wasserturbine mit angeschlossenem Generator besteht.
Um die Arbeit der Mantelventile zu unterstützen, sind die Rohrstutzen mit Endplatten versehen.
Damit das Wasser radial in die Rohrstutzen fließen kann, weisen die Mantelenden der Rohrstutzen Öffnungen auf.
Um die Wasserturbine vor feineren Schwebestoffen im Wasser zu schützen, ist die Öffnung des unteren Rohrstutzens durch einen Filterkorb geschützt.
Um die Mantelventile öffnen und schließen zu können, werden sie durch Stellmotoren bewegt.
Um den Filterkorb und die Wasserturbine vor Schäden durch Sedimente oder größere Schwebeteile zu schützen, ist unter ihnen eine Schutzzone für das Absinken dieser Stoffe eingerichtet.
Die mit der Erfindung erzielbaren Vorteile bestehen insbesondere darin, dass sich mit dem Verdrängungsspeicher die Einsatzbereiche für Energiespeicher signifikant erhöhen und er im Vergleich zu anderen Energiespeichern eine weit höhere Effizienz erreicht, die daraus resultiert, dass er sowohl die Energie der Druckluft, als auch das wesentlich höhere Energiepotenzial des Wassers nutzt. Eine zusätzliche Effizienzsteigerung ergibt sich dadurch, dass bei der Entnahme von Druckluft für den Arbeitsprozess der Luftturbine der Arbeitsdruck weniger schnell abnimmt als bei bekannten Druckluft-Speichern, da das nachfließende Wasser aus der offenen Speichereinheit das Raumvolumen der Druckluft verringert. Durch den einfachen Aufbau, besonders aber durch das problemlose Nutzen schon vorhandener Einrichtungen sind die Kosten für den Verdrängungsspeicher konkurrenzlos niedrig. Weitere Vorteile ergeben sich bei einem Einbau in Hochbauten, insbesondere bei Büro- und Wohngebäuden. Hier lässt sich zusätzlich die Wärme aus der komprimierten Luft zum Heizen und die Kälte aus der dekomprimierten Luft zum Kühlen nutzen. Bei im Meer stationierten Energiespeichern kann die Wärme in kalten Zeiten zum Beheizen der auf ihnen errichteten Windenergieanlagen genutzt werden.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnungen dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben. Es zeigen
1 Verdrängungsspeicher als Teil eines Zechenschachts, Schnitt und Draufsicht.
2 Formen von Verdrängungsspeichern für verschiedene Schacht-Querschnitte.
3 Verdrängungsspeicher als Schwimmkörper einer Windenergieanlage im Meer.
4 Verdrängungsspeicher für den Einsatz in Seen und Küstengewässern.
5 Mantelventil, geschlossen und offen
Im Ruhestand sind die Wasserstände beider Speichereinheiten 1, 2 gleich hoch und alle Ventile offen. Seen und Meere werden dabei als vorhandene Speichereinheiten 1 genutzt.
Beim Füllen des Speichers wird das Mantelventil 5 der Luftturbine 6 geschlossen und der Luftverdichter 3 beginnt zu arbeiten. Der Luftdruck in der nach oben hin geschlossenen Speichereinheit 2 steigt und drückt das in ihr befindliche Wasser in die nach oben hin offene Speichereinheit 1 bis zum oberen Speicherrand. Danach wird das Ventil 4 zum Verdichter 3 geschlossen. Für die Energieentnahme wird das Mantelventil 5 der Luftturbine 6 geöffnet. Danach durchströmt die komprimierte Luft die Luftturbine 6. Gleiches gilt für die vom Wasser durchströmte Wasserturbine 10. Beide Turbinen 6, 10 drehen sich und geben über nachgeschaltete Generatoren 7, 11 elektrische Energie ab bis die Wasserstände in beiden Speichereinheiten 1, 2 wieder gleich sind. Das der Wasserturbine 10 vorgeschaltete Mantelventil 9 wird primär für Wartungsarbeiten benötigt, um die nach oben hin geschlossene Speichereinheit von Wasser freizuhalten. Im Regelfall ist es offen, es kann aber auch durch teilweises Schließen zum Regeln des Luftabgangs genutzt werden.

Claims

Energiespeicher in Form eines Verdrängungsspeichers, dadurch gekennzeichnet, dass er nach dem Prinzip kommunizierender Röhren arbeitet, in der Form, dass er die Energie aus Druckluft und Wasser nutzt und aus einer Wasser führenden, nach oben hin offenen, auch bereits vorhandenen Speichereinheit 1, und einer Wasser führenden, nach oben hin geschlossenen Speichereinheit 2 mit einem im Kopfbereich befindlichen Verdichter 3 mit Ventil 4 sowie einem Rohrstutzen 8 mit Mantelventil 5 und einer darin eingelassenen Luftturbine 6 mit Generator 7 sowie einem im Bodenbereich befindlichen Rohrstutzen 8 mit Mantelventil 9, der beide Speichereinheiten 1, 2 miteinander verbindet und einer darin eingelassenen Wasserturbine 10 mit angeschlossenem Generator 11 besteht.
Energiespeicher in Form eines Verdrängungsspeichers nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Rohrstutzen 8 mit Endplatten 12 versehen sind.
Energiespeicher in Form eines Verdrängungsspeichers nach Anspruch 1–2, dadurch gekennzeichnet, dass die Mantelenden der Rohrstutzen 8 Öffnungen 13 aufweisen.
Energiespeicher in Form eines Verdrängungsspeichers nach Anspruch 1–3, dadurch gekennzeichnet, dass die Öffnungen 13 des unteren Rohrstutzens 8 durch einen Filterkorb 14 geschützt sind.
Energiespeicher in Form eines Verdrängungsspeichers nach Anspruch 1–4, dadurch gekennzeichnet, dass die Mantelventile 5, 9 durch Stellmotoren 15 bewegt werden.
Energiespeicher in Form eines Verdrängungsspeichers nach Anspruch 1–5, dadurch gekennzeichnet, dass unterhalb des Filterkorbs 14 eine Schutzzone 16 eingerichtet ist.